淺析新型動力電池在汽車中的應(yīng)用

翟立國

廣汽新能源汽車有限公司 廣東 廣州 511440

目前，人們的環(huán)保意識在不斷提升，新能源汽車已經(jīng)在城市中廣泛應(yīng)用。動力電池是新能源汽車的核心組成部分，其技術(shù)和質(zhì)量水平與汽車的運行水平、運行安全有直接關(guān)系。在環(huán)境保護的要求下，傳統(tǒng)的鉛酸電池、鎳鎘電池已經(jīng)逐漸被時代所淘汰，鎳氫電池雖然滿足了無污染的要求，但使用成本較高，也不適合應(yīng)用在新能源汽車中。因此，需要創(chuàng)新動力電池技術(shù)，開發(fā)更多污染且價格低廉的動力電池，為新能源汽車的發(fā)展提供重要的技術(shù)支持。

1 常用的動力電池簡介

在新能源汽車開發(fā)的過程中，首先進行動力電池的技術(shù)研究，確保動力電池的質(zhì)量，因為它是汽車的核心組成部分，只有安裝了動力電池，新能源汽車才能正常使用。根據(jù)電池的工作性質(zhì)和貯存方式，新能源汽車的動力電池可以分為蓄電池和燃料電池兩種。其中，蓄電池也被稱作是二次電池，可以通過充電的方式來反復(fù)獲取電能。常見的有鎳基電池、空氣電池、鉛酸蓄電池等等。純電動汽車的動能全部由電動機提供，而電動機則從電池中獲取電力，普遍選用蓄電池。

燃料電池是一種高效率的發(fā)電裝置，其是一種新型動力電池，是我國動力電池的主要戰(zhàn)略研究方向。燃料電池可以將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，主要由燃料、氧化劑、電解液等組成。常用的燃料有甲醇、天然氣、氫等，最理想的燃料為純氫，在水中提取的氫也是比較理想的電池燃料，因為在化學(xué)反應(yīng)的過程中，其反應(yīng)物為水蒸氣，并不會對環(huán)境造成污染，充分滿足了環(huán)境保護的要求[1]。和普通的電池相同，燃料電池主要通過電極上的氧化還原反應(yīng)來轉(zhuǎn)化化學(xué)能。由于燃料電池的電解質(zhì)、催化劑、工作溫度等條件存在差別，所以燃料電池的種類有很多。比較常用的有堿性燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池等等。不同種類的燃料電池有不同的應(yīng)用優(yōu)勢。電動車可以使用直接甲醇燃料電池。甲醇在電池反應(yīng)中會直接生成CO2和水，不會產(chǎn)生直接污染，甚至沒有污染?？梢猿掷m(xù)加入燃料，無需中行駛再進行充電。不需要使用復(fù)雜的轉(zhuǎn)換設(shè)備，電池結(jié)構(gòu)比較簡單和緊湊，且工作效率較高，比能量大，可以長時間使用，不會產(chǎn)生輻射和噪音污染，滿足環(huán)境保護對新能源汽車的要求。

2 新型動力電池簡介

2.1 新型鋰電池

在各類動力電池中，鉛酸電池具有價格低廉、性能穩(wěn)定的應(yīng)用優(yōu)勢，所以在市場中所占份額較多。但是，近幾年鋰電池技術(shù)發(fā)展迅速，逐漸成為最常用的新型動力電池。最具有代表性的動力鋰電池為以磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元鋰電池[2]。不同電動汽車常見的生產(chǎn)設(shè)計方案各不相同，根據(jù)汽車的設(shè)計方案，需要選擇相對應(yīng)的電池。近幾年，鋰電池技術(shù)發(fā)展迅速，雖然在技術(shù)發(fā)展的過程中出現(xiàn)了電池燃燒、電池爆炸等問題，但針對這些問題，我國已經(jīng)研出了有效的解決措施，鋰電池的使用安全已經(jīng)有了保障，性能也隨之提升。2014年，南洋理工大學(xué)的研究人員也在鋰電池研究方面取得了成果，其研制了一種超快速充電電池，2min就可以充入70%的電力，且約有20年的高額使用壽命；2018年，美國研制了一種新型鋰電池，充電和放電的次數(shù)不少于750次?？梢姡U酸電池正在被各類新型動力電池所取代，而電池的污染性也在逐漸下降，甚至達到零污染。

2.2 新型石墨烯電池

石墨烯電池也是一種新型動力電池，其主要利用鋰離子快速穿梭于石墨烯表面和電極之間的特性來壓縮充電時間，不僅可以減少電池的污染性，還能提升電池的使用效率，有利于新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新。但從目前的研究情況來看，石墨烯電池的應(yīng)用還面臨著許多問題，如化學(xué)狀態(tài)會對其表面性質(zhì)產(chǎn)生影響，且許多專業(yè)人士不確定該電池是否具有穩(wěn)定性和較長時間的循環(huán)壽命。不過，在實驗階段，石墨烯電池一定取得了成功，相比在不久的將來，該電池應(yīng)用的技術(shù)性問題會得到有效的解決。2018年，北京車展中已經(jīng)有概念車使用石墨烯超級電池，可見該電池的普及應(yīng)用已經(jīng)不再遙遠。

3 新型動力電池在汽車中的應(yīng)用

3.1 純電動車

純電動車完全依靠電池提供動力，電池通過外部電源補充電量，所以純電動車的行駛里程、充電時間與電池的性能有直接關(guān)系[3]。在實際應(yīng)用的過程中，鏗離子電池的儲能效果較好，但需要消耗較長的充電時間；新型石墨烯電池具有較高的能量密度，且充電時間較短，可以作為純電動車的首先動力電池使用。

為了提升電動汽車的續(xù)航能力，中國動力電池企業(yè)開始積極研究能量密度更高的三元鋰電池，已經(jīng)明確了以鎳鈷錳NCM為主的技術(shù)路線，鎳鈷錳811電池是我國最高技術(shù)水平的三元鋰電池。

3.2 混合電動汽車

混合電動車可以分為輕度混合動力、中度混合動力和重度混合動力三種。輕度混合動力車的動力不僅由電動機提供，還有一部分動力由內(nèi)燃機提供。其中，耐燃機用于驅(qū)動車輛，電動機用于輔助內(nèi)燃機啟動，并未車內(nèi)電器提供電力。所以，混合電動車對電池功率的要求不高，采用普通的電池即可；重度混合動力與輕度混合動力相同，都由電動機和內(nèi)燃機組成，用于驅(qū)動車輛的動力源為主要動力源，要求電池具有較高的功率，普遍采用功率型鋰電池；重型混合動力與前兩種同理，對電池功率有十分嚴(yán)格的要求，可以選擇新型鋰電池、石墨烯電池。

4 結(jié)語

綜上所述，為了確保新能源汽車的穩(wěn)定運行，一定要做好動力電池的研究。在研究的過程中，要從環(huán)保、效率等多個方面著手，確保新型動力電池滿足我國新能源汽車的需求，促進我國環(huán)保事業(yè)和汽車行業(yè)的發(fā)展。